静态库那些事儿/MT /MD

最新推荐文章于 2024-08-12 22:51:09 发布

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本文探讨了单例模式在C++中的实现及其线程安全问题，并深入分析了跨模块内存分配与释放导致的崩溃原因及解决方案。

总结下，需要注意的是对于多个模块的开发，确保该模块的malloc自己free就OK了。

引用自

https://zhuanlan.zhihu.com/p/20628410?refer=jilinxiaohuo

https://www.zhihu.com/question/45753516

单例模式是一种很简单常用的设计模式,常见的做法可能是这样:

Renderer& getInstance()
{
    static Renderer renderer;
    return renderer;
}

当然,这个代码在不支持static local variable thread-safe init的编译器上,是没有办法保证线程安全的,c++11标准已经规定static local variable只会被初始化一次了,然而vs2013还没有实现,vs2015里才支持了这条标准.不过这条代码在我们的程序里只有一个线程访问,所以也就不存在线程安全的问题.

然后有一天,写了点代码,程序崩溃了:

Renderer::getInstance().xxxx();

分析发现是Renderer里的一个成员变量m_pMap == NULL了,而在项目的其他地方,也有用这个xxxx()函数的地方,竟然没有问题.

那就在xxxx()里下个断点,然后看下this指针的值吧,第一次命中时this的值是0x0456adc4, 第二次命中的时候是0x074324ad(这个地址是我随便写的,反正就是这两次命中断点this的值不一样).这是怎么回事呢?为什么出现了两个Renderer的实例呢?

细心的我发现这两个this指向的Renderer实例并没有在同一个模块内,一个在a.dll里,一个在main.exe里!造成这种现象的原因,是因为开篇的那个getInstance()方法所在工程是一个静态库,然后main.exe工程和a.dll工程均链接了这个静态库,导致main.exe里和a.dll里都存在一个renderer实例.而我们这个renderer实例在使用前,要这样:

Renderer::getInstance().Create();

然后才可以初始化m_pMap, 崩溃在main.exe里那行代码之前,并没有调用Create(),所以导致m_pMap == NULL崩溃了.

问题到这里已经水落石出了,想办法弄成在两个模块里共用一个实例就可以了!问题解决.

当然,如果文章就这样结束了,未免太没劲儿了吧,顺便说说另一个大家经常忽略的事情.

在开发dll的过程中,总会有意无意的写出一些跨模块分配释放内存的代码,比如在A模块malloc了一块内存,在B模块free,然后导致崩溃.然后将编译器选项由/MT改为/MD就可以解决问题.为什么会出现这种问题呢?我们来看看malloc的实现(vs2013 crt):

__forceinline void * __cdecl _heap_alloc (size_t size)
{

    if (_crtheap == 0) {
#if !defined (_CRT_APP) || defined (_DEBUG)
        _FF_MSGBANNER();    /* write run-time error banner */
        _NMSG_WRITE(_RT_CRT_NOTINIT);  /* write message */
#endif  /* !defined (_CRT_APP) || defined (_DEBUG) */
        __crtExitProcess(255);  /* normally _exit(255) */
    }

    return HeapAlloc(_crtheap, 0, size ? size : 1);
}

malloc最后会调用HeapAlloc来分配内存,msdn看看HeapAlloc的说明,

HeapAlloc Function

Allocates a block of memory from a heap. The allocated memory is not movable.

Syntax
LPVOID WINAPI HeapAlloc(
  __in  HANDLE hHeap,
  __in  DWORD dwFlags,
  __in  SIZE_T dwBytes
);
Parameters
hHeap A handle to the heap from which the memory will be allocated. This handle is returned by the HeapCreate or GetProcessHeap function.

,对着msdn的说明可以知道,malloc用的heap handle是 _crtheap,这个_crtheap是个全局变量,那我们看看是什么时候给_crtheap赋值的吧. 跟着红色箭头从上往下分析,首先在BaseThreadInitThunk上下个断点,然后F5执行,断点命中之后执行

x *!*_crtheap*

找到crtheap的地址,结果显示在0f7ec190这里,这里的值目前也是0x00000000,证明还没有被赋值,那就在这个地址上打个写断点,

ba w4 0f7ec190

F5执行,断点命中,输入kb显示调用栈,结果发现是在_heap_init里对_crtheap赋值的,看看heap_init的代码吧:

int __cdecl _heap_init (void)
{
        //  Initialize the "big-block" heap first.
        if ( (_crtheap = GetProcessHeap()) == NULL )
            return 0;

        return 1;
}

只是调用GetProcessHeap而已,那还得看看GetProcessHeap的实现:

KERNELBASE!GetProcessHeap:
75415620 64a118000000    mov     eax,dword ptr fs:[00000018h]
75415626 8b4030          mov     eax,dword ptr [eax+30h]
75415629 8b4018          mov     eax,dword ptr [eax+18h]
7541562c c3              ret

分析汇编可知,首先去TEB + 0x18里取值赋值给eax,根据上图可知,0x18为Self指针,其实就是TEB自己的地址,然后去TEB+0x30里取值赋值给eax,由图可知,0x30为ProcessEnvironmentBlock,即PEB, 然后去PEB+0x18里取值作为返回值,也就是ProcessHeap(见下图),那我们看看PEB+0x18是多少,

由图可知GetProcessHeap会返回005d0000,然后赋值给_crtheap.那和/MT /MD有什么关系呢?

/MT:

Causes your application to use the multithread, static version of the run-time library.

/MD:

Causes your application to use the multithread- and DLL-specific version of the run-time library.

如果使用/MT,会使用静态版本的运行时库,每个模块里都会有一个_crtheap全局变量,_heap_init就会在每个模块里都被调用一次,而使用/MD则使用动态库版本的运行时库,整个进程里只有运行时库里才有一份_crtheap全局变量,在crt的dll加载的时候调用一次_heap_init.但是分析_heap_init的实现可知,就算调用多次,返回的依然是PEB里的那个堆句柄啊,也不会导致不同模块里的_crtheap有不同的值,那HeapFree和HeapAlloc使用的handle就是同一个,也不应该引起崩溃啊.事实的确如此,我也是在今天写这篇专栏用windbg分析的时候才发现这个问题.是我之前记错了还是crt的实现有变化呢?于是我查看了下vs2003的crt的_heap_init的实现:

int __cdecl _heap_init (
        int mtflag
        )
{
        //  Initialize the "big-block" heap first.
        if ( (_crtheap = HeapCreate( mtflag ? 0 : HEAP_NO_SERIALIZE,
                                     BYTES_PER_PAGE, 0 )) == NULL )
            return 0;

#ifndef _WIN64
        // Pick a heap, any heap
        __active_heap = __heap_select();

        if ( __active_heap == __V6_HEAP )
        {
            //  Initialize the small-block heap
            if (__sbh_heap_init(MAX_ALLOC_DATA_SIZE) == 0)
            {
                HeapDestroy(_crtheap);
                return 0;
            }
        }
#ifdef CRTDLL
        else if ( __active_heap == __V5_HEAP )
        {
            if ( __old_sbh_new_region() == NULL )
            {
                HeapDestroy( _crtheap );
                return 0;
            }
        }
#endif  /* CRTDLL */
#endif  /* _WIN64 */

        return 1;
}

这就明了了,如果在vs2003里开发dll,然后编译dll的时候选择/MT,那这个dll内部就会有一份_crtheap,那在加载这个dll的时候,会调用一次_heap_init,然后调用HeapCreate来初始化_crtheap.这也就意味着其他模块使用/MT选项也会如此,导致每个模块里的_crtheap值是不同的.这样跨模块执行free,就会导致在handle A上分配的内存去handle B上释放导致了崩溃.如果所有模块均使用/MD选项,则只有crt的dll里有一份_crtheap,在crt的dll被加载的时候执行一次HeapCreate并赋值给_crtheap,然后HeapAlloc与 HeapFree使用的HANDLE都是同一个_crtheap,就不会崩溃了.

问题到这里就分析完毕了。